張曉廣
(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司,天津 300452)
高壓鹽膏層固井技術(shù)一直是固井界公認(rèn)的難題[1]。伊拉克米桑油田高壓鹽膏層固井防漏防竄是中國(guó)海洋石油總公司在作業(yè)過(guò)程中出現(xiàn)的一系列固井技術(shù)難題之一[2]。米桑油田高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量直接決定了能否進(jìn)行下步鉆井作業(yè)和開(kāi)發(fā)井是否順利投產(chǎn)。由于國(guó)外鉆井作業(yè)的區(qū)域局限性,由高壓鹽膏層井段固井問(wèn)題引起的射孔、擠水泥等作業(yè)成本也相當(dāng)高。 因此,高壓鹽膏層固井必須從固井前井眼的處理、固井期間的工藝及操作、固井工具的穩(wěn)定性等方面精心考慮,精細(xì)操作。
米桑油田區(qū)域蓋層第三系Lower Fars組以石膏、鹽巖、頁(yè)巖為主,埋深3000 m左右,厚約800 m,夾層存在高壓鹽水,地層孔隙壓力系數(shù)最高為2.2,坍塌壓力系數(shù)最高為1.88,破裂壓力系數(shù)為2.4 ~2.9,地溫梯度3.35 ℃/100 m;壓力過(guò)渡帶為硬石膏層,隔層厚度5 m。某國(guó)際知名油田服務(wù)公司在該油田進(jìn)行了十多口井的固井作業(yè),但鹽膏層固井質(zhì)量差,大多數(shù)井固井后出現(xiàn)環(huán)空帶壓等井筒完整性方面問(wèn)題,部分井在固井過(guò)程中發(fā)生井漏,鉆穿壓力過(guò)渡帶時(shí)發(fā)生高壓鹽水竄流。根據(jù)目前鉆井設(shè)計(jì),高壓鹽膏層井段全部在?311.2 mm井眼(?244.5 mm套管段)。
米桑油田高壓鹽膏層井段固井主要問(wèn)題有:固井前循環(huán)井眼漏失、一級(jí)固井期間或固井后循環(huán)候凝期間井漏、一級(jí)固井期間或候凝后放壓時(shí)溢流等問(wèn)題。上述問(wèn)題極易造成固井水泥環(huán)有效封隔段不足、水泥環(huán)膠結(jié)質(zhì)量差(特別是在鹽侵情況下)。
由于該井段地層壓力安全作業(yè)窗口窄,高壓鹽膏層固井漏失風(fēng)險(xiǎn)極高,進(jìn)而導(dǎo)致套管鞋處等關(guān)鍵封固段固井質(zhì)量差,在下開(kāi)次作業(yè)時(shí)有溢流、環(huán)空帶壓的風(fēng)險(xiǎn)。
另外,該油田高壓鹽膏層井段固井還面臨著其他困難。?311.2 mm井段MB1 頂石膏層中間壓力過(guò)渡帶夾有0.3~0.6 m 厚的白云質(zhì)砂巖,此處較易發(fā)生井漏。為了防止井漏,固井前循環(huán)排量不足,導(dǎo)致井眼清潔度不高;而固井過(guò)程中頂替排量偏低,進(jìn)而頂替效率不足。前置液和水泥漿及鉆井液配伍性調(diào)配困難,從而影響鉆井液、水泥漿的隔離。高密度鉆井液,性能維護(hù)困難,井壁上容易形成虛厚泥餅且難以沖洗(下套管至設(shè)計(jì)井深后,固井前循環(huán)時(shí),鉆井液性能處理受限或排量不足,導(dǎo)致井壁上仍存在較多虛厚泥餅)。高壓鹽膏層井段夾雜的鹽巖易蠕變或鹽溶,夾雜的頁(yè)巖易蠕變或水化,進(jìn)而造成井徑不規(guī)則。由于套管下深3000 m左右,且全井段封固,配漿量較大,導(dǎo)致水泥漿性能不均。
壓穩(wěn)高壓鹽水層、防竄、防漏是高壓鹽膏層固井施工的關(guān)鍵點(diǎn)。
油氣井固井施工中必須保證“三壓穩(wěn)”,即固井前、固井過(guò)程中和候凝過(guò)程中水泥漿失重時(shí)的壓穩(wěn)。一般水泥漿凝固失重條件下的壓穩(wěn)容易被忽略,這也是影響油氣井固井質(zhì)量及環(huán)空密封性差的一個(gè)主要原因[3]。
根據(jù)高壓鹽膏層的地質(zhì)特性,采取有針對(duì)性的水泥漿體系和配套的隔離液及沖洗液體系。根據(jù)以往作業(yè)井的經(jīng)驗(yàn),前置液粘度調(diào)高時(shí),能夠降低頂替過(guò)程中水泥漿發(fā)生竄槽的幾率,最終的固井質(zhì)量也較好。當(dāng)然,在套管居中度不高時(shí),高粘度的前置液在環(huán)形空間的(套管與地層之間)的底邊時(shí),由于套管與地層間隙較小,流態(tài)易由“紊流”轉(zhuǎn)為“層流”狀態(tài),進(jìn)而降低前置液的沖洗效果,甚至殘存前置液在水泥環(huán)中。因此應(yīng)在保證套管居中度的基礎(chǔ)上提高前置液的粘度。直井每3根套管安放1只彈性扶正器。斜井段彈性扶正器和剛性扶正器交互安放。提高水泥漿頂替效率與盡量提高套管居中度相結(jié)合。
鹽膏層固井水泥漿具有高密度、優(yōu)良的流變性和沉降穩(wěn)定性、對(duì)鹽膏層有抑制性、抗鹽性、防竄、防漏等性能[4]。水泥漿性能具體要求:水泥漿失水可控;水泥漿尾漿應(yīng)達(dá)到“直角稠化”的效果,減少水泥漿“失重”期間竄槽的風(fēng)險(xiǎn);高強(qiáng)度的水泥石;稠化時(shí)間可控;良好的流變性。另外水泥漿應(yīng)采用領(lǐng)漿、尾漿雙凝設(shè)計(jì)。根據(jù)高壓鹽膏層地層鉆井情況盡量提高排量,提高頂替效率。一級(jí)固井循環(huán)加壓候凝與二級(jí)井口憋壓候凝相結(jié)合。
采用沖洗型隔離液段長(zhǎng)250 m,一級(jí)沖洗液段長(zhǎng)100~150 m,二級(jí)沖洗液段長(zhǎng)350 m,密度1.10 g/cm3,提高沖洗效率。適當(dāng)提高隔離液粘度,為防止固井期間井漏,隔離液中加入0.03%~0.05%防漏纖維。另外,在井眼壓穩(wěn)的基礎(chǔ)上,泵入前置液前,根據(jù)計(jì)算,泵入適量低密度且流變性較好的鉆井液。
采用高密度抗鹽防漏防竄水泥漿體系,嚴(yán)格控制水泥漿失水、抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性、自由水(析水)等性能??s短稠化時(shí)間,速凝水泥漿稠化時(shí)間嚴(yán)格控制為理論施工時(shí)間加安全余量[5]。
采用雙凝水泥漿體系,提高一級(jí)固井水泥漿的“直角稠化”性能;水泥漿中加入防漏纖維,提高水泥漿的防漏性能,同時(shí)也可提高水泥環(huán)的韌性[6]。提前做好水泥漿、前置液與鉆井液的相容性實(shí)驗(yàn)[7]。47井采用優(yōu)化后的水泥漿,其性能分別見(jiàn)表1和圖1。
表1 47井水泥漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
47井井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表2所示。
3.3.1 套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)
從圖2的完井生產(chǎn)管柱圖可以看出:高壓鹽膏層井段為?244.5 mm套管,下開(kāi)次為?244.5 mm套管內(nèi)懸掛?168.3 mm尾管,?168.3 mm尾管與?244.5 mm套管重疊150 m。在后期完、修井及生產(chǎn)期間,在RTTS封隔器失效或油管泄漏的情況下,?244.5 mm套管、?168.3 mm尾管均需承受一定的油層壓力,因此入井套(尾)管應(yīng)具有合格的抗內(nèi)壓強(qiáng)度。
圖1 47井一級(jí)固井尾漿稠化曲線
鉆頭尺寸/mm套管尺寸/mm井深/m套管下深/m阻流環(huán)深度/m分級(jí)箍深度/m套管鋼級(jí)扣型套管每米重/kg444.5339.72213.802213.602171.041004.55N80*BTC101.20 311.2339.72000.11L80*VAM TOP69.90311.2339.72968.402968.302926.091789.81R95*VAM TOP87.50
圖2 47井完井生產(chǎn)管柱圖
另外?244.5 mm套管抗外擠強(qiáng)度不足時(shí),在固井后,高壓鹽膏層的蠕變可能會(huì)擠毀套管,進(jìn)而影響油井壽命。
為此,現(xiàn)場(chǎng)在《石油套管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)、運(yùn)輸與貯存》(SY/T 5396-2012)的基礎(chǔ)上,制定了更嚴(yán)格的套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),主要體現(xiàn)在:管體外表面不應(yīng)有任何影響使用的缺陷,如波紋、折疊、裂紋、劃痕、擦傷、凹槽等,其深度不應(yīng)大于規(guī)定壁厚的10%(原標(biāo)準(zhǔn)為12.5%);螺紋不應(yīng)有連續(xù)性缺陷,不接受用機(jī)加工或打磨外表面方法清除或減小到可接受的限度內(nèi)等套管接箍缺陷處理方式。原標(biāo)準(zhǔn):用機(jī)加工或打磨外表面方法清除或減小到可接受的限度內(nèi)時(shí),應(yīng)保證接箍外徑在規(guī)定的偏差范圍內(nèi),且應(yīng)平滑地過(guò)渡到接箍外輪廓線上[8]。
依據(jù)上述要求檢查出的部分不合格套(尾)管見(jiàn)圖3、圖4。
3.3.2 下套管前井眼要求
壓穩(wěn):短起下和通井過(guò)程中,觀察是否發(fā)生鹽侵,如發(fā)生鹽侵應(yīng)逐步提高鉆井液密度直至壓穩(wěn),確保下套管前壓穩(wěn)高壓鹽水水層。
圖3本體不合格的?168.3 mm尾管
圖4 螺紋不合格的?244.5 mm套管
確定地層的承壓能力,為固井作業(yè)期間循環(huán)、頂替等作業(yè)的順利進(jìn)行提供依據(jù):該井?311.2 mm井段所用最大鉆井液密度2.28 g/cm3,最薄弱地層承壓能力2.37。
地層防漏:易漏井段控制起下鉆速度,必要時(shí)低至0.1 m/s;緩慢開(kāi)泵(7min開(kāi)泵至正常排量),避免“激動(dòng)”壓力憋漏地層,對(duì)環(huán)空壓耗計(jì)算及時(shí)更新。進(jìn)行鉆進(jìn)和通井過(guò)程中如發(fā)生漏失,應(yīng)進(jìn)行堵漏作業(yè),為固井施工提供良好的井眼條件,確保固井施工順利。
通井:采用原鉆具通井,通井過(guò)程中遇阻、遇卡井段反復(fù)劃眼,保證井眼通暢;通井循環(huán)時(shí)逐步提高排量,循環(huán)排量2.2~2.3 m3/min,保證井眼清潔;密切觀察鉆井液量變化,防止發(fā)生井漏或水侵,保證井下正常。
3.3.3 固井前井筒要求
由于下完套管后,環(huán)空間隙更小,環(huán)空壓耗更高,為防止井漏,循環(huán)時(shí)更要控制好排量和泵壓。套管到位后,環(huán)空壓耗計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖5?,F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)環(huán)空壓耗曲線和最薄弱地層處地層完整性試驗(yàn)數(shù)據(jù)(2.37 g/cm3)確定最大循環(huán)排量1.5 m3/min。具體做法:灌滿排空,小排量頂通,以每泵沖為單位緩慢提排量,逐步將排量提高到1.0 m3/min;正常后分階段逐步將排量提高至1.5 m3/min,同時(shí)記錄泵壓和返出,并至少循環(huán)三周。
圖5 循環(huán)洗井期間壓耗與排量關(guān)系
調(diào)整鉆井液性能。循環(huán)時(shí)調(diào)整鉆井液性能,要求振動(dòng)篩干凈,鉆井液密度不低于完鉆時(shí)鉆井液的密度,且進(jìn)出口密度一致,流動(dòng)性能良好。
3.3.4 套管居中
為保證套管居中度,每3根套管安放1只彈性扶正器?!按蠖亲印本渭臃殴畏稣?,既扶正套管又有助于形成“紊流”。
3.3.5 固井注、替排量
固井施工注替排量采用大排量注、替,注水泥漿0.8~1.0 m3/min,頂替鉆井液1.8 m3/min(裸眼段環(huán)空返速1.0 m/s),采用大排量頂替提高頂替效率。
3.3.6 固井質(zhì)量檢測(cè)
由于高壓鹽膏層井段的固井特殊性,除了使用常規(guī)的固井質(zhì)量測(cè)井手段對(duì)固井質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估外,在進(jìn)行下開(kāi)次鉆井作業(yè)之前,現(xiàn)場(chǎng)還采用了溢流檢查(負(fù)壓)手段對(duì)高壓鹽膏層段固井質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。具體做法:鉆水泥塞及浮鞋至原井深后,循環(huán),溢流觀察;起鉆,分段每500 m用清水替出井內(nèi)原漿(折合井底鉆井液當(dāng)量密度為下開(kāi)次鉆進(jìn)鉆井液密度),每次替完漿進(jìn)行溢流觀察;下鉆至井底,替入下開(kāi)次井段所用鉆井液,循環(huán)調(diào)整鉆井液性能均勻,并溢流觀察。由于高壓鹽膏層井段固井的特殊性,在進(jìn)行溢流檢查時(shí)還需排除井筒熱效應(yīng)的影響。47井高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量中等—良好,溢流檢查確認(rèn)井眼穩(wěn)定,不溢不漏。
針對(duì)米桑油田高壓鹽膏層固井的難點(diǎn)及出現(xiàn)的問(wèn)題,在前人大量技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,主要從現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行了優(yōu)化,主要優(yōu)化措施有:
(1)提高隔離液粘度與套管居中度綜合考慮,隔離液中加入防漏纖維,泵入前置液前,泵入適量低密度且流變性較好的鉆井液。
(2)采用雙凝水泥漿體系,提前進(jìn)行大量水泥漿實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),最優(yōu)化一級(jí)固井水泥漿的“直角稠化”性能及水泥漿、前置液與鉆井液的相容性。
(3)制定更為嚴(yán)格的套(尾)管現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
(4)易漏井段對(duì)起下鉆速度、下套管速度均嚴(yán)格定量限制;鉆進(jìn)期間及固井前循環(huán),均限時(shí)緩慢開(kāi)泵。固井前循環(huán)由于環(huán)空間隙窄,循環(huán)壓耗大,更要慎重、耐心,逐泵沖提排量至正常排量。
(5)采用了溢流檢查(負(fù)壓)手段對(duì)高壓鹽膏層段固井質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn),并排除井筒熱效應(yīng)的影響。
優(yōu)化措施取得了良好的效果,高壓鹽膏層井段固井質(zhì)量合格,為下部鉆井作業(yè)順利進(jìn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于各區(qū)塊地質(zhì)條件和井型的差異性,該措施的應(yīng)用還有一定的局限性。